專利名稱：新型高隔離技術(shù)寬帶多路基片集成波導(dǎo)功分器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有混合多過(guò)孔電流探針和引流槽、阻性隔離槽的寬帶基片集成波導(dǎo)功率分配器。
背景技術(shù)：
功分器是大功率合成放大器和相控陣天線饋電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，直接決定了系統(tǒng)性能指標(biāo)的好壞。隨著軍用與民用通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)于寬帶、高效大功率放大器的需求以及相控陣天線中對(duì)寬帶、高隔離、低插損特性的饋電網(wǎng)絡(luò)的需要與日俱增。這就需要寬帶、高效、低損耗、高隔離特性的多路功分器/合成器。傳統(tǒng)的功分/合成電路，如Wilkinson 功分器、Lange耦合器和分支線耦合器等由于帶寬、隔離、體積、插損以及功分?jǐn)?shù)量等問(wèn)題的限制而遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到以上應(yīng)用的需求。因此，急需寬帶、低損耗、高隔離特性的多路功分器/ 合成器以滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)發(fā)展的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型多路基片集成波導(dǎo)功分器，它具有寬帶、高隔離度、 低插損、良好的輸入/輸出駐波比等優(yōu)良特性?？梢淮涡詫?shí)現(xiàn)任意多路功分輸出，各路功分輸出端口信號(hào)幅度/相位一致性好。適用于大數(shù)量單元的功率合成系統(tǒng)或陣列天線中的功分饋電網(wǎng)絡(luò)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種新型的采用混合多過(guò)孔電流探針和引流槽、隔離槽的寬帶基片集成波導(dǎo)功分器。其具體技術(shù)方案如下采用新型高隔離技術(shù)的寬帶多路基片集成波導(dǎo)功分器，包括混合多過(guò)孔探針、弓丨流槽、阻性隔離槽、隔離電阻、金屬化通孔構(gòu)成的基片集成波導(dǎo)腔。其特征在于，所述功分器由基片集成波導(dǎo)構(gòu)成，采用新型混合多過(guò)孔電流探針，開(kāi)創(chuàng)性地采用引流槽和隔離槽技術(shù)， 以實(shí)現(xiàn)輸出端口的高隔離特性和優(yōu)良的輸出駐波。射頻信號(hào)從中心端口饋入，通過(guò)混合多過(guò)孔探針實(shí)現(xiàn)與基片集成波導(dǎo)腔的寬帶阻抗匹配；同樣，功分器的輸出端口也采用混合多過(guò)孔探針實(shí)現(xiàn)與與基片集成波導(dǎo)腔的寬帶阻抗匹配，從而實(shí)現(xiàn)多路功分器的寬帶特性。這種新型混合多過(guò)孔電流探針(1)由金屬化通孔構(gòu)成，中間的金屬化過(guò)孔可用于與標(biāo)準(zhǔn)同軸接頭的內(nèi)導(dǎo)體相連接，在中間過(guò)孔周圍的金屬化通孔可實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配功能?；刹▽?dǎo)腔表面設(shè)計(jì)有引流槽和隔離槽，其分布具有旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱性。引流槽具有引導(dǎo)電流的作用，而隔離槽上安裝的隔離電阻可實(shí)現(xiàn)各輸出端口間良好的隔離。功分器的輸入端口位于基片集成波導(dǎo)腔的中心，輸出端口在以輸入端口為中心的圓上等間距分布，相鄰輸出端口間夾角為360° /N(N為功分器的功分單元數(shù)目)。當(dāng)設(shè)計(jì)成同相功分器時(shí)，所有輸出端口位于基片集成波導(dǎo)腔體的同一面；當(dāng)設(shè)計(jì)成差分功分器或反相功分器時(shí)，輸出端口位于基片集成波導(dǎo)腔體的兩面?；刹▽?dǎo)腔上有N個(gè)隔離槽(N為功分器的功分單元數(shù)目)，相鄰隔離槽之間有引流槽。所有引流槽尺寸相同，以基片集成波導(dǎo)腔中心為軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布；所有隔離槽尺寸相同，以基片集成波導(dǎo)腔中心為軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布。各隔離槽上安裝的隔離電阻的位置也呈軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布。本發(fā)明所提出的采用新型高隔離技術(shù)的寬帶多路基片集成波導(dǎo)功分器工作原理如下N個(gè)輸出混合多過(guò)孔探針在以輸入端口為中心的圓上等間距分布，以實(shí)現(xiàn)N路并行等幅功分。當(dāng)設(shè)計(jì)成同相功分器時(shí)，所有輸出端口位于基片集成波導(dǎo)腔的同一面，實(shí)現(xiàn)輸出端口相位相等；當(dāng)設(shè)計(jì)成差分功分器或反相功分器時(shí)，輸出端口位于基片集成波導(dǎo)腔的兩面，從而使基片集成波導(dǎo)腔兩面輸出端口間的相位相差180°，以實(shí)現(xiàn)差分功分或反相功分功能。N路信號(hào)的功分一步實(shí)現(xiàn)，可最大限度地減小信號(hào)傳輸損耗?；刹▽?dǎo)腔上的引流槽可引導(dǎo)輸出端口間電流流向隔離槽，而隔離槽上安裝的隔離電阻可以吸收輸出端口間的傳輸電流，以實(shí)現(xiàn)各輸出端口間的信號(hào)隔離。這種并行功分電路結(jié)構(gòu)和場(chǎng)分布都具有軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，只要確保輸出混合多過(guò)孔探針沿圓周等間距分布，就可實(shí)現(xiàn)各路輸出信號(hào)幅度一致，而與信號(hào)功率分配路數(shù)無(wú)關(guān)。功分器電路的寬帶匹配采用混合多過(guò)孔探針實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明不僅具有寬帶特性，還可實(shí)現(xiàn)任意功分路數(shù)(功分路數(shù)可為2，3，4，5，…等)，并可實(shí)現(xiàn)各端口間的高隔離要求，極大地提高了電路性能，可滿足各種不同的應(yīng)用需求，比如大數(shù)量的功率合成與相控陣饋電網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)需要增加功分電路的信號(hào)功分路數(shù)時(shí)，只要增加基片集成波導(dǎo)腔的輸出端口數(shù)量，并保證功分電路的軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性就可實(shí)現(xiàn)，通過(guò)引流槽和隔離槽實(shí)現(xiàn)各輸出端口間良好的隔離特性。因此，本發(fā)明不僅可實(shí)現(xiàn)大數(shù)量的信號(hào)功分路數(shù)(功分路數(shù)可達(dá)16路或32 路以上)，而且在不增加電路尺寸的情況下實(shí)現(xiàn)端口間良好的隔離，在微波毫米波多功率器件大功率合成系統(tǒng)和相控陣饋電網(wǎng)絡(luò)中具有極大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明所提出的徑向基片集成波導(dǎo)功分器電磁場(chǎng)工作模式為單一的TEM模，沒(méi)有傳輸截止頻率，具有寬帶工作的能力。本發(fā)明是基于基片集成波導(dǎo)而設(shè)計(jì)，不僅損耗低、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊，而且具有寬帶、高頻率、大數(shù)量功分單元、輸出駐波好、良好的輸出端口間隔離、功分信號(hào)幅度一致性好等優(yōu)勢(shì)；同時(shí)可根據(jù)系統(tǒng)要求靈活設(shè)計(jì)成同相功分器或反相 (差分)功分器。本發(fā)明主要用于微波毫米波功率合成系統(tǒng)、陣列天線等，在通信、雷達(dá)、測(cè)控等微波毫米波系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明提出的新型功分器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是寬帶四路基片集成矩形波導(dǎo)功分器示意圖；圖3是寬帶十六路基片集成徑向波導(dǎo)功分器示意圖；圖4是圖2的S參數(shù)仿真曲線；圖5是圖3的S參數(shù)仿真曲線；附圖中標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)名稱為(1)混合多過(guò)孔探針，⑵引流槽，(3)阻性隔離槽，⑷隔離電阻，(5)基片集成波導(dǎo)腔。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)舉例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。例1 如圖2所示，本發(fā)明提出的新型寬帶四路基片集成矩形波導(dǎo)功分器，其包含五個(gè)部分。分別是混合多過(guò)孔探針，引流槽，阻性隔離槽，隔離電阻，基片集成矩形波導(dǎo)腔。輸入端口與基片集成矩形波導(dǎo)腔之間采用新型混合多過(guò)孔探針實(shí)現(xiàn)寬帶匹配。基片集成矩形波導(dǎo)腔上有引流槽和阻性隔離槽，引流槽具有引導(dǎo)電流的作用；而阻性隔離槽上安裝有隔離電阻，可實(shí)現(xiàn)各輸出端口間良好的隔離特性。輸入端的混合多過(guò)孔探針位于腔中心，輸出端口的混合多過(guò)孔探針位于中心輸入端口的外圍，并均勻等間距分布于圓上， 相鄰輸出端口的間隔角度為360/N(N為功分器的功分單元數(shù)目)。圖4(a)是例1的頻率響應(yīng)曲線，由圖可知在9GHz-13GHz范圍內(nèi)輸入端口的回波損耗為20dB左右，帶內(nèi)插入損耗小于0. IdB (不包含四路功分器的6dB理論插損)。圖4(b)是例1的輸出端駐波與隔離特性，由圖可看出，輸出端口的隔離度在 9. 5GHz-13GHz 范圍內(nèi)大于 10dB。例2 如圖3所示，本發(fā)明提出的新型寬帶十六路基片集成徑向波導(dǎo)功分器，其包含4個(gè)部分。分別是混合多過(guò)孔探針，阻性隔離槽，隔離電阻，基片集成波導(dǎo)腔。輸入端口與基片集成徑向波導(dǎo)腔之間采用新型混合多過(guò)孔探針實(shí)現(xiàn)寬帶匹配。基片集成徑向波導(dǎo)腔上有阻性隔離槽，阻性隔離槽上安裝有隔離電阻，可實(shí)現(xiàn)各輸出端口間良好的隔離特性。輸入端的混合多過(guò)孔探針位于腔中心，輸出端口的混合多過(guò)孔探針位于中心輸入端口的外圍，并均勻等間距分布于圓上，相鄰輸出端口的間隔角度為360/N(N為功分器的功分單元數(shù)目)。圖5 (a)是例2的頻率響應(yīng)曲線，由圖可知輸入端口的回波損耗在4. 8GHz_8. 3GHz 范圍內(nèi)為25dB左右，帶內(nèi)插入損耗小于0. IdB (不包含十六路功分器的12dB理論插損)。圖5(b)是例2的輸出端駐波與隔離特性，由圖可看出，輸出端口的隔離度在整個(gè)通帶內(nèi)都達(dá)到20dB左右。
權(quán)利要求
1.采用新型高隔離技術(shù)的寬帶多路基片集成波導(dǎo)功分器，包括混合多過(guò)孔探針(1)、 引流槽⑵、阻性隔離槽(3)、隔離電阻(4)、金屬化通孔構(gòu)成的基片集成波導(dǎo)(SIff)腔(5)。 其特征在于，所述功率分配器由基片集成波導(dǎo)構(gòu)成，采用新型混合多過(guò)孔電流探針，開(kāi)創(chuàng)性地采用引流槽和隔離槽技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)輸出端口的高隔離特性和優(yōu)良的輸出駐波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的新型功率分配器是基于金屬化通孔構(gòu)成基片集成波導(dǎo)(SIW) (5)。通過(guò)金屬化通孔技術(shù)，功分器可設(shè)計(jì)成徑向腔、圓形腔或者矩形腔結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，采用新型混合多過(guò)孔電流探針(1)實(shí)現(xiàn)輸入/輸出標(biāo)準(zhǔn)的同軸端口到功分器/合成器基片集成腔體的寬帶阻抗匹配，以實(shí)現(xiàn)功分器寬帶工作。新型混合多過(guò)孔電流探針(1)由金屬化通孔構(gòu)成，中間的金屬化過(guò)孔可用于與標(biāo)準(zhǔn)同軸接頭的內(nèi)導(dǎo)體相連接，在中間過(guò)孔周圍的金屬化通孔可實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配功能，使輸入/輸出端口與功分器基片集成波導(dǎo)腔體之間實(shí)現(xiàn)良好的寬帶阻抗匹配，從而實(shí)現(xiàn)功分器寬帶特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，新型功分器表面設(shè)計(jì)有引流槽( 和隔離槽(3)，其分布具有旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱性(引流槽( 和隔離槽C3)可分布于基片集成波導(dǎo)腔體的一面或/和兩面)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述，引流槽⑵具有引導(dǎo)表面電流的作用。隔離槽(3)上可安裝多個(gè)隔離電阻G)，隔離電阻的個(gè)數(shù)和阻值由電路設(shè)計(jì)確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述，功分器的輸入端口位于基片集成波導(dǎo)腔(5)的中心，輸出端口在以輸入端口為中心的圓上等間距分布，相鄰輸出端口間夾角為360° /N(N為功分器的功分單元數(shù)目)。當(dāng)設(shè)計(jì)成同相功分器時(shí)，所有輸出端口位于基片集成波導(dǎo)腔體的同一面；當(dāng)設(shè)計(jì)成差分功分器或反相功分器時(shí)，輸出端口位于基片集成波導(dǎo)腔體的兩面。輸入/ 輸出端口采用新型混合多過(guò)孔電流探針。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、4、5所述，基片集成波導(dǎo)腔(5)有N個(gè)隔離槽(3)(N為功分器的功分單元數(shù)目)，相鄰隔離槽C3)之間有引流槽O)。所有引流槽( 尺寸相同，以基片集成波導(dǎo)腔(5)中心為軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布；所有隔離槽⑶尺寸相同，以基片集成波導(dǎo)腔(5)中心為軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布。各隔離槽(3)上安裝的隔離電阻的位置也呈軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、6所述，新型高隔離技術(shù)寬帶多路基片集成波導(dǎo)功分器具有并行功率分配作用，能夠?qū)⑤斎胄盘?hào)一次性分配至N個(gè)輸出端口，減少信號(hào)的傳輸路徑，以降低功率分配的損耗。同時(shí)，這種功分器將輸入/輸出端口進(jìn)行交換，變成功率合成器，采用新型高隔離技術(shù)的寬帶多路基片集成波導(dǎo)功率合成器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)與上述功分器完全一樣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用新型高隔離技術(shù)的寬帶多路基片集成波導(dǎo)功分器，輸入/輸出端口與基片集成波導(dǎo)腔之間采用新型混合多過(guò)孔探針過(guò)渡，以實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配。在基片集成波導(dǎo)腔上有引流槽和阻性隔離槽，隔離槽上安裝隔離電阻，以實(shí)現(xiàn)各輸出端口優(yōu)良的隔離特性。輸出端口在以輸入端口為中心的圓上等間距分布，整個(gè)功分電路具有軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，以保證多路功分信號(hào)幅度相等，以實(shí)現(xiàn)N路并行功分，可最大限度地減小信號(hào)傳輸損耗。本電路可靈活設(shè)計(jì)成同相功分器、反相功分器、以及差分功分器。本發(fā)明具有寬帶、低插入損耗、高隔離、可實(shí)現(xiàn)任意多路功分輸出、良好的輸入/輸出駐波、各路功分輸出信號(hào)幅度一致性好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明主要用于微波毫米波功率合成放大系統(tǒng)、相控陣天線饋電網(wǎng)絡(luò)等，在通信、雷達(dá)、測(cè)控等微波毫米波系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01P5/16GK102496763SQ20111040782
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者宋開(kāi)軍, 樊勇, 陳寧波 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)